Пьезополупроводники

Пье́зополупроводники́ — вещества, обладающие как свойствами пьезоэлектриков, так и полупроводников.

К пьезополупроводникам относят элементарные полупроводники Те, Se, SiC, некоторые бинарные соединения групп ${\textstyle A^{II}B^{VI}}$(в частности, GdS, ZnO, ZnS), ${\textstyle A^{III}B^{V}}$ (например, имеющие гексагональную структуру кристаллов GaAs, GaP, InSb), ${\textstyle A^{IV}B^{VI}}$ (такие соединения, как GeTe, SnTe, обладают и сегнетоэлектрическими свойствами), а также высокоомные полупроводники с примесной проводимостью (силикоселенит, германоселенит Вi₁₂​GeО₂₀​, для которых примесная проводимость достигает значений $s\thicksim 10^{-8}-10^{-9}$ Ом⁻¹ · см⁻¹).

Физические свойства

Как и в пьезоэлектриках, в пьезополупроводниках возникает электрическое поле или поляризация зарядов при деформации, причём величина возникшего электрического поля пропорциональна степени деформации.

Основными характеристиками пьезополупроводников, как и пьезоэлектриков, помимо ширины запрещённой зоны, диэлектрической проницаемости и др., являются коэффициент электромеханической связи:

$k=d{\sqrt {4\pi E/\epsilon }}$,

где $d$ — пьезомодуль, $E$ — модуль упругости, $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость. В случае анизотропных кристаллов все величины являются тензорами. Видно, что величина $k^{2}$ равна доле энергии упругой деформации может превратиться в электрическую энергию за счёт пьезоэлектрического взаимодействия. Коэффициент электромеханической связи зависит от направления электрического поля и возбуждаемой в кристалле упругой моды. В случае распространения акустических волн в пьезополупроводниках образуются электрические поля, воздействующие на свободные носители заряда (см. акустоэлектрический эффект) и усиливающие ультразвуковые волны дрейфом свободных носителей заряда.

Применение

Файл:Пьезоэлектрический датчик.jpg

Схема пьезополупроводникого датчика, p — измеряемое давление; 1 — пьезопластины; 2 — гайка из диэлектрика; 3 — электрический вывод; 4 — корпус (служащий вторым выводом); 5 — изолятор; 6 — металлический электрод

Высокоомные пьезополупроводники используются в качестве материалов для изготовления пьезоэлектрических преобразователей для генерации и приёма ультразвуковых волн, в ультразвуковой дефектоскопии, акустических линиях задержки, акустооптических элементах, усилителях ультразвуковых волн, фазовращателях, преобразователях частоты и устройств аналоговой обработки сигналов радиодиапазона.

Силикоселенит и германоселенит, обладающие сильно выраженным пьезоэффектом, высокой механической прочностью и акустической добротностью, используются в области гиперзвуковых частот.

См. также

• Пьезоэлектрики
• Полупроводники

Литература

• Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. — М. : Наука, 1990.
• Головнин В., Каплунов О., Малышкина О. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. — М. : ТЕХНОСФЕРА, 2019.
• Мэзон, У. Физическая акустика. Т. 1. — М. : Мир, 1966.
• Матаушек И. Ультразвуковая техника. — М. : Металлургиздат, 1962.
• Кикучи Е. Ультразвуковые преобразователи. — М. : Мир, 1972.

Ссылки

• Пьезополупроводники
• Пьезоэлектрический эффект

Классификация полупроводников ↑
По агрегатному состоянию	Кристаллические полупроводники Аморфные полупроводники Жидкие полупроводники
По типу вещества	Неорганические полупроводники Органические полупроводники
По типу проводимости	Собственные Примесные Вырожденные Невырожденные Компенсированные n-типа p-типа Ионные
По группам	Элементарные полупроводники: Si, Ge, C, Se, Te, ... Двухкомпонентные полупроводники: $$A^{I}B^{VII}\qquad A^{II}B^{IV}\qquad A^{II}B^{V}\qquad A^{II}B^{VI}\qquad A^{III}B^{V}\qquad A^{IV}B^{VI}\qquad A^{V}B^{VI}$$ $$A^{I}B^{VII}$$ CuCl, ... $$A^{II}B^{IV}$$ SiC, SiGe, ... $$A^{II}B^{V}$$ CdSb, CdAs2, CdP2, ZnP2, ZnSb, ... $$A^{II}B^{VI}$$ ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdTe, HgSe, HgTe, HgS, ... $$A^{III}B^{V}$$ GaAs, GaN, GaP, GaSb, InN, InAs, InP, InSb, AlSb, ... $$A^{IV}B^{VI}$$ PbS, PbSe, PbTe, SnTe, SnS, SnSe, GeS, GeSe, ... $$A^{V}B^{VI}$$ BiTe3, ...
По компонентному составу	Трёхкомпонентные: $$Al_{x}Ga_{1-x}As,InGaAs,InxGa_{1-x}As,InGaP,AlInAs,AlInSb,$$ $$GaAsN,GaAsP,AlGaN,AlGaP,InGaN,InAsSb,InGaSb,$$ Четырёхкомпонентные: $$AlGaInP,InAlGaP,InGaAlP,AlInGaP,AlGaAsP,$$ $$InGaAsP,AlInAsP,AlGaAsN,InGaAsN,InAlAsN,GaAsSbN,$$ Пятикомпонентные: $$GaInNAsSb,GaInAsSbP,...$$ Твёрдые растворы: $$(CdTe)_{x}(HgTe)_{1-x},\,(HgTe)_{x}(HgSe)_{1-x},\,(PbTe)_{x}(SnTe)_{1-x},\,(PbSe)_{x}(SnSe)_{1-x}$$
По физическим свойствам	Пьезополупроводники Магнитные полупроводники
Теория	Зонная теория Подвижность носителей Дырки Электроны проводимости Эффективная масса Квазиуровень Ферми Доноры Акцепторы Квантовая яма Закон дисперсии Плотность состояний Статистика Ферми — Дирака
Эффекты в полупроводниках	Эффект Ганна Эффект Дрессельхауза Эффект Зенера Эффект поля Эффект Рашбы Эффект Рашбы — Эдельштейна Эффект Франца — Келдыша Эффект Холла Квантовый эффект Холла Эффект Нернста — Эттингсгаузена

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Пьезополупроводники», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Пьезополупроводники» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».